Клеточная мембрана помимо прочих функций выполняет роль разделителя между ионами. Например, внутри клетки ионов калия много, а снаружи их меньше. Зато снаружи много натрия, а внутри — мало. И так далее. Такая ситуация называется ГРАДИЕНТОМ. Говорят, что с помощью мембранных механизмов создается градиент ионов натрия.
Наличие такого градиента — абсолютно необходимое условие для того, чтобы клетка могла жить. Если бы концентрации ионов по обе стороны мембраны выровнялись и остались бы такими, клетка бы тотчас перестала выполнять свои функции, а потом и умерла бы.
Существование градиентов ионов создает, помимо прочего, особый клеточный двигатель, который умеет перемещать туда-сюда и разные ионы, и крупные молекулы (сахара, аминокислоты, витамины и т.д.). И эти процессы перемещения непрерывно происходят.
Сегодня давай познакомимся (лишь шапочно:) с важнейшим представителем транспортных клеточных белков, который называется Na⁺/Ka⁺-АТФаза. Значок плюса означает, что указанный ион имеет положительный заряд, равный единице. Если бы заряд был бы равен двум, мы писали бы так: Ca²⁺.
Na⁺/Ka⁺-АТФаза — это белок, который закреплен в клеточной мембране и занимается (вместе с другими белками) тем, что поддерживает градиент ионов натрия и калия. Как мы уже знаем, снаружи клетки много ионов натрия, поэтому когда клетка открывает проходы для натрия в своей мембране, они толпой идут внутрь, тем самым совершая важную работу. Но при таком процессе градиент уменьшается, и его надо восстановить! И вот этим и занимается Na⁺/Ka⁺-АТФаза — она берет ионы натрия изнутри клетки и планомерно выбрасывает их наружу. Мало того, попутно Na⁺/Ka⁺-АТФаза берет снаружи ионы калия и сует их внутрь клетки. Так что Na⁺/Ka⁺-АТФаза обеспечивает поддержание градиента сразу для двух ионов.
В общем, это очень просто, поэтому я не думаю, что я как-то сильно усложню статью, если добавлю еще одну деталь. Во время одного акта, Na⁺/Ka⁺-АТФаза выкидывает из клетки 3 иона натрия, и при этом всасывает в клетку 2 иона калия. Но посмотри — заряды натрия и калия одинаковые, а значит каждый цикл работы Na⁺/Ka⁺-АТФазы приводит к тому, что положительного электрического заряда снаружи становится на единицу больше. Таким образом понятно, что Na⁺/Ka⁺-АТФаза не только поддерживает градиент ионов натрия и калия, но попутно еще и накачивает внешнюю сторону клетки положительным зарядом. То есть помимо градиента концентрации ионов Na⁺/Ka⁺-АТФаза участвует и в создании градиента электрического заряда.
Как правило, внешняя мембрана клетки имеет больше положительных зарядов, чем внутренния — это просто стоит запомнить.
Na⁺/Ka⁺-АТФаза — это лишь один из очень многих белков, поддерживающих градиенты! В каждой клетке работает очень много разновидностей таких инструментов. Более того — даже, к примеру, для одного иона натрия есть несколько таких белков-обменников, которые переносят ионы натрия, а попутно переносят какие-то другие ионы — или внутрь клетки, или тоже, как ионы натрия, наружу. Например есть натрий-кальциевые обменники (Na⁺/Ca²⁺), натрий-магниевые (Na⁺/Mg²⁺) и даже натрий-кальций-хлорные:) (Na⁺/Ka⁺Cl⁻).
Изучение устройства и функционирования таких белков — огромный раздел в клеточной биологии и биохимии.